(57)【要約】  本発明は、高い導電性を有しながら引張強さと伸びとを両立させることができ且つ、割れの発生による導通不良を十分に防止できる送電体及びその製造方法を提供する。本発明は、Ｆｅを１．２〜２．２質量％、Ｓｉを０．１５〜０．４質量％、Ｃｕを０．０６〜０．２質量％含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、Ｔｉ／Ｆｅが質量比で０．０００４５〜０．００７５０であるＡｌ合金を含むＡｌ合金導電線を備えた送電体である。
2011071097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅを１．２〜２．２質量％、Ｓｉを０．１５〜０．４質量％、Ｃｕを０．０６〜０．２質量％含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、
Ｔｉ／Ｆｅが質量比で０．０００４５〜０．００７５０であるＡｌ合金を含むＡｌ合金導電線を備えた送電体。
【請求項２】
前記Ａｌ合金において、Ｔｉ／Ｆｅが質量比で０．０００４５〜０．００３００である請求項１に記載の送電体。
【請求項３】
前記Ａｌ合金において、Ｔｉ／Ｆｅが質量比で０．０００４５〜０．００１９０である請求項１に記載の送電体。
【請求項４】
Ａｌ合金導電線を形成する導電線形成工程を含む送電体の製造方法であって、
前記導電線形成工程が、
Ａｌ合金を溶解し、鋳造して、キャストバーを作製するキャストバー作製工程と、
前記キャストバーを熱間加工してワイヤロッドを作製するワイヤロッド作製工程と、
前記ワイヤロッドを伸線加工して伸線体を得る伸線加工工程とを経て前記Ａｌ合金導電線を形成する工程であり、
前記キャストバー作製工程において、前記Ａｌ合金として、Ｆｅを１．２〜２．２質量％、Ｓｉを０．１５〜０．４質量％、Ｃｕを０．０６〜０．２質量％含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、Ｔｉ／Ｆｅが質量比で０．０００４５〜０．００７５０であるＡｌ合金が用いられる送電体の製造方法。
【請求項５】
前記導電線形成工程が、前記伸線加工工程の後に、前記伸線体に対し、以下の（ａ）〜（ｄ）のいずれかの調質処理を行う調質処理工程を更に含む請求項４に記載の送電体の製造方法。
（ａ）溶体化処理した後に冷間加工を行い、更に人工時効硬化処理を施す調質処理
（ｂ）溶体化処理した後、冷間加工を行わずに人工時効硬化処理を施す調質処理
（ｃ）高温加工した後冷却して冷間加工を行い、更に人工時効硬化処理を施す調質処理
（ｄ）高温加工した後、冷却し冷間加工を行わずに人工時効硬化処理を施す調質処理
【請求項６】
前記調質処理工程において、前記人工時効硬化処理は、２００〜４００℃で行う請求項５に記載の送電体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤハーネスやバッテリーケーブル等の送電体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ワイヤハーネスやバッテリーケーブル等の送電体には、導電線の軽量化及びコストダウンのために、軟銅線の代わりにＡｌ合金導電線を用いることが提案されている。このようなＡｌ合金導電線として、Ｆｅ、Ｍｇ及びＳｉが所定の配合量で配合され、残部がＡｌ及び不可避的不純物であるアルミ合金素線（特許文献１、２参照）や、Ｆｅ、Ｓｉ及びＭｎが所定の配合量で配合され、残部がＡｌ及び不可避的不純物であるアルミ合金素線（特許文献３参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９１６３号公報
【特許文献２】特開２００６−１９１６４号公報
【特許文献３】特開２００６−１９１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１〜３に記載されているＡｌ合金素線は、高い導電性を有しながら引張強さと伸びとを両立させることが困難であった。【０００５】
またＡｌ合金を用いて導電線を製造する場合、Ａｌ合金は通常、溶解した後、鋳造され、連続したキャストバーとして引き出される。しかし、この際、キャストバーに割れが生じる場合があった。このため、このキャストバーは、その後の熱間圧延加工のために圧延装置まで搬送される際、割れがさらに拡がり、断線する場合があった。あるいは、キャストバーに割れが生じなくても、キャストバーを圧延加工してワイヤロッドを作製した後、このワイヤロッドを伸線加工する際にワイヤロッドに割れや断線が生じる場合があった。あるいは製造過程においてキャストバーやワイヤロッドに割れや断線が生じなくても、送電体を使用している間に、Ａｌ合金導電線に割れや断線が生じる場合があった。その結果、送電体に導通不良が生じる場合があった。【０００６】
そこで、本発明は、高い導電性を有しながら引張強さと伸びとを両立させることができ且つ、割れの発生による導通不良を十分に防止できる送電体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、Ｆｅを１．２〜２．２質量％、Ｓｉを０．１５〜０．４質量％、Ｃｕを０．０６〜０．２質量％含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、Ｔｉ／Ｆｅが質量比で０．０００４５〜０．００７５０であるＡｌ合金を含むＡｌ合金導電線を備える送電体である。【０００８】
この送電体によれば、高い導電性を有しながら引張強さと伸びとを両立させることができ且つ、割れの発生による導通不良を十分に防止できる。【０００９】
上記Ａｌ合金においては、Ｔｉ／Ｆｅが質量比で０．０００４５〜０．００３００であることが好ましく、０．０００４５〜０．００１９０であることがより好ましい。【００１０】
更に、本発明は、Ａｌ合金導電線を形成する導電線形成工程を含む送電体の製造方法であって、前記導電線形成工程が、Ａｌ合金を溶解し、鋳造して、キャストバーを作製するキャストバー作製工程と、前記キャストバーを熱間加工してワイヤロッドを作製するワイヤロッド作製工程と、前記ワイヤロッドを伸線加工して伸線体を得る伸線加工工程とを経て前記Ａｌ合金導電線を形成する工程であり、前記キャストバー作製工程において、前記Ａｌ合金として、Ｆｅを１．２〜２．２質量％、Ｓｉを０．１５〜０．４質量％、Ｃｕを０．０６〜０．２質量％含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、Ｔｉ／Ｆｅが質量比で０．０００４５〜０．００７５０であるＡｌ合金が用いられる送電体の製造方法である。
この送電体の製造方法によれば、高い導電性を有しながら引張強さと伸びとを両立させることができ且つ、割れの発生による導通不良を十分に防止できる送電体を製造することができる。【００１１】
上記Ａｌ合金導電線の製造方法においては、前記導電線形成工程が、前記伸線加工工程の後に、前記伸線体に対し、以下の（ａ）〜（ｄ）のいずれかの調質処理を行う調質処理工程を更に含むことが好ましい。
（ａ）溶体化処理した後に冷間加工を行い、更に人工時効硬化処理を施す調質処理
（ｂ）溶体化処理した後、冷間加工を行わずに人工時効硬化処理を施す調質処理
（ｃ）高温加工した後冷却して冷間加工を行い、更に人工時効硬化処理を施す調質処理
（ｄ）高温加工した後、冷却し冷間加工を行わずに人工時効硬化処理を施す調質処理【００１２】
この場合、引張強さ及び伸びを高め、更に導電率をより高めることが可能となる。【００１３】
上記調質処理工程において、前記人工時効硬化処理は、２００〜４００℃で行うことが好ましい。【００１４】
この場合、２００℃より低い温度で人工時効硬化処理を行う場合に比べて、添加元素を十分に析出させることができ、伸びをより向上させることもできる。また４００℃より高い温度で人工時効硬化処理を行う場合に比べて、粗大粒子の析出がより十分に抑制され、引張強さの低下を十分に抑制することもできる。【００１５】
なお、本発明において、送電体とは、電力を伝送する物品を言うものとする。従って、送電体には、裸状態のＡｌ合金導電線、複数本のＡｌ合金導電線を撚り合わせてなる撚線導体、Ａｌ合金導電線を絶縁被覆層で被覆してなる被覆電線、１本以上の被覆電線を保護層で被覆してなるケーブル、複数本の被覆電線又はケーブルを束ねて構成されるワイヤーハーネスも含まれるものとする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高い導電性を有しながら引張強さと伸びとを両立させることができ且つ、割れの発生による導通不良を十分に防止できる送電体およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による送電体の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１のＡｌ合金導電線を製造する装置の一例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明による送電体の実施形態について図１を参照して説明する。図１は、本発明の送電体の一実施形態を示す断面図である。図１に示すように、送電体１０は、撚線導体１と絶縁被覆層２とを備える。即ち送電体１０は被覆電線３で構成されている。撚線導体１は、複数本のＡｌ合金導電線４を撚り合わせることによって形成されている。
【００１９】
（Ａｌ合金導電線）
Ａｌ合金導電線４はＡｌ合金を含む。Ａｌ合金は、Ｆｅ（鉄）を１．２〜２．２質量％、Ｓｉ（珪素）を０．１５〜０．４質量％、Ｃｕ（銅）を０．０６〜０．２質量％含み、残部がＡｌ（アルミニウム）及び不可避的不純物からなり、Ｔｉ／Ｆｅが質量比で０．０００４５〜０．００７５０である。ここで、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕの含有率は、Ａｌ合金の重量を基準（１００質量％）としたものである。
【００２０】
Ａｌ合金は、Ｆｅを１．２〜２．２質量％含有する。Ｆｅの含有量が１．２質量％より少ないと、伸びが低下し、引張強さと伸びとを両立させることができない。一方、Ｆｅの含有量が２．２質量％より多いと、導電率が低下する。
【００２１】
Ａｌ合金は、Ｓｉを０．１５〜０．４質量％含有する。Ｓｉの含有量が０．１５質量％より少ないと、引張強さが低下し、引張強さと伸びとを両立させることができない。一方、Ｓｉの含有量が０．４質量％より多いと、高い導電性が得られない。また伸びが低下するため、引張強さと伸びとを両立させることもできない。
【００２２】
Ａｌ合金は、Ｃｕを０．０６〜０．２質量％含有する。Ｃｕの含有量が０．０６質量％より少ないと、引張強さが低下するため、引張強さと伸びとを両立させることができない。一方、Ｃｕの含有量が０．２質量％より多いと、高い導電性が得られない。また伸びが低下するため、引張強さと伸びとを両立させることができない。
【００２３】
さらに、Ａｌ合金においては、Ｔｉ／Ｆｅが質量比で０．０００４５〜０．００７５０である。Ｔｉ／Ｆｅが０．０００４５より小さいと、鋳造によってキャストバーを作製する際に、キャストバーに割れが生じたり、キャストバーを熱間加工してなるワイヤロッドを伸線加工する際に、割れが生じる。あるいは、送電体１０の使用中に、Ａｌ合金導電線４に割れや断線が生じ、送電体１０が導通不良となる。またＴｉ／Ｆｅが０．００７５０より大きいと、Ｆｅの含有率が少ない場合に、Ａｌ合金導電線４において引張強さと伸びとを両立させることができなくなる。またＴｉの含有率が多いと、Ａｌ合金導電線４の導電率が低くなる。
【００２４】
そして、残部はＡｌ及び不可避的不純物を含有している。Ａｌは、Ａｌ合金導電線４の導電性を良好にするために高い純度を有することが望ましい。具体的には、Ａｌの純度は９９．９５％以上であることが好ましい。不可避的不純物は、導電性を低下させる原因となるので、その含有量は出来るだけ少ないことが好ましい。
【００２５】
Ａｌ合金においては、Ｔｉ／Ｆｅが質量比で０．０００４５〜０．００６００であることが好ましく、０．０００４５〜０．００５００であることがより好ましく、０．０００４５〜０．００３００であることがさらに好ましく、０．０００４５〜０．００１９０であることが最も好ましい。この場合、Ｔｉ／Ｆｅが０．０００４５〜０．００６００の範囲を外れる場合に比べて、引張強さをより向上させることができる。
【００２６】
（絶縁被覆層）
絶縁被覆層２は絶縁材料で構成される。絶縁材料としては、通常は合成樹脂などが用いられる。
【００２７】
次に、送電体１０の製造方法について説明する。
【００２８】
［導電線形成工程］
まずＡｌ合金導電線４を形成する。以下、Ａｌ合金導電線４の製造方法について図２を参照して説明する。図２は、図１のＡｌ合金導電線を製造する装置の一例を概略的に示す図である。
【００２９】
（キャストバー作製工程）
はじめに、図２に示すように、上述した範囲の含有量を有するＦｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ及びＡｌを溶解し、連続鋳造機１１にて鋳造して、キャストバー１２を作製する。
【００３０】
（ワイヤロッド作製工程）
そして、キャストバー１２を熱間圧延してワイヤロッド１３を作製する。通常は連続鋳造機１１に熱間圧延機１４がタンデムに接続されている。このワイヤロッド１３の線径は特に限定されるものではないが、例えば９．０〜１０．０ｍｍ程度とすることが出来る。
【００３１】
（伸線加工工程）
次に、ワイヤロッド１３を伸線加工機１５にて冷間伸線加工し、線径が例えば５．０〜６．０ｍｍ程度となるまで伸線し、伸線体１６を得る。
【００３２】
（調質処理工程）
次いで伸線体１６を、溶体化処理装置１７にて溶体化処理する。この溶体化処理は、添加元素を均質に固溶させるために行うものである。溶体化処理は、５００〜５８０℃で行うことが好ましい。この温度範囲で溶体化処理を行うと、５００℃より低い温度で溶体化処理を行う場合に比べて、添加元素がより十分に均質化される。また、５８０℃より高い温度で溶体化処理を行う場合に比べて、伸線体１６の部分的な溶解が十分に抑制される。尚、好ましい処理時間は、溶体化処理温度により異なる。溶体化処理が５５０℃で行われる場合には、処理時間は、好ましくは２．５時間〜３．５時間であり、より好ましくは３時間である。この溶体化処理の後、水冷等により、伸線体１６を冷却してもよいが、冷却しなくてもよい。
【００３３】
次に、更に伸線体１６に対して伸線加工機１８にて冷間伸線加工を行い、所望の線径のＡｌ合金素線１９を作製する。Ａｌ合金素線１９の線径は、伸線体１６の線径より小さければよく、通常、０．３〜０．４ｍｍ程度である。
【００３４】
そして、Ａｌ合金素線１９に対して時効硬化処理装置２０にて人工時効硬化処理を行う。人工時効硬化処理は、過剰に固溶した添加元素を微細に析出させる処理である。この人工時効硬化処理は、２００〜４００℃で行うことが好ましく、２００〜３００℃で行うことがより好ましい。この場合、２００℃より低い温度で人工時効硬化処理を行う場合に比べて、添加元素を十分に析出させることができ、伸びをより向上させることもできる。また４００℃より高い温度で人工時効硬化処理を行う場合に比べて、粗大粒子の析出がより十分に抑制され、引張強さの低下を十分に抑制することもできる。好ましい人工時効硬化処理時間は、処理温度や組成等によって異なる。例えば処理温度が高いほど、一般的には人工時効硬化処理時間は短く、処理温度が低いほど人工時効硬化処理時間は長い。通常は、処理時間は、１０分〜５時間程度であればよい。例えば処理時間は、処理温度が２００℃である場合には３時間、処理温度が２５０℃である場合には０．５時間、処理温度が３００℃である場合には０．１７時間である。
【００３５】
こうしてＡｌ合金導電線４が得られる。そして、このＡｌ合金導電線４を複数本用意し、これらのＡｌ合金導電線４を撚り合せて撚線導体１を得る。
【００３６】
［絶縁被覆層形成工程］
次に、撚線導体１を絶縁被覆層２で被覆する。撚線導体１を絶縁被覆層２で被覆するためには、Ａｌ合金導電線４を押出機のクロスヘッド部などに導入し、その押出機からチューブ状に押出加工した合成樹脂で被覆すればよい。
【００３７】
以上のようにして被覆電線３で構成される送電体１０が得られる。
【００３８】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば上記実施形態では、送電体１０は、複数本のＡｌ合金導電線４を撚り合わせてなる撚線導体１を備えているが、撚線導体１に代えて、複数本の撚線導体１を更に撚り合わせた撚線導体を備えてもよく、これらの撚線導体１を断面が円形となるように圧縮した圧縮導体を備えてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、送電体１０は、１本の被覆電線３で構成されているが、複数本の被覆電線３を束ねて構成されるワイヤハーネスであってもよく、１本以上の被覆電線を保護層で被覆したケーブル（例えばバッテリーケーブル）であってもよい。
【００４０】
さらに上記実施形態では送電体１０が絶縁被覆層２を備えているが、絶縁被覆層２は省略することが可能である。即ち送電体１０は、裸状態の撚線導体１で構成されてもよいし、１本のＡｌ合金導電線４のみで構成されてもよい。
【００４１】
また上記実施形態では、例えばキャストバー１２の熱間加工は、上記のように熱間圧延加工となっているが、熱間押出加工でもよい。またワイヤロッド１３の伸線加工は、冷間加工でなく、公知の他の方法によって行ってもよい。
【００４２】
さらに上記実施形態では、引張強さ及び伸びを高め、更に導電率をより高めるために、ワイヤロッド１３を伸線加工して得られる伸線体１６を溶体化処理し、溶体化処理後に冷間加工を行い、更に人工時効硬化処理を施すＪＩＳ  Ｔ８による調質処理が行われているが、ＪＩＳ  Ｔ８による調質処理に代えて、他の調質処理を行ってもよい。即ち、伸線体１６を溶体化処理した後、冷間加工を行わずに人工時効硬化処理を施す方法（ＪＩＳ  Ｔ６）、伸線体１６を高温加工した後冷却して冷間加工を行い、更に人工時効硬化処理を施す方法（ＪＩＳ  Ｔ１０）、伸線体１６を高温加工した後、冷却し冷間加工を行わずに人工時効硬化処理を施す方法（ＪＩＳ  Ｔ５）を行ってもよい。ここで、高温加工とは、伸線体１６を４００〜５５０℃の高温で処理することを言う。なお、上記調質処理は省略することが可能である。この場合、伸線体１６がそのままＡｌ合金導電線４となる。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明の内容を実施例及び比較例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。【００４４】
（実施例１〜４２及び比較例１〜１３）
Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔｉ及びＡｌを表１〜３に示す組成で溶解し、連続鋳造機にて鋳造して、線径２５ｍｍのキャストバーを作製した。そして、キャストバーを熱間圧延して線径９．８ｍｍのワイヤロッドを作製した。このワイヤロッドを、線径が０．３３ｍｍとなるまで冷間伸線加工し、Ａｌ合金素線を得た。このＡｌ合金素線を表１〜３に示す時効硬化処理温度及び時間で、時効硬化処理を施した。このようにしてＡｌ合金導電線を得た。【００４５】
このようにして得たＡｌ合金導電線について、ＪＩＳＣ３００２に準拠して２０℃で引張試験を行うことにより引張強さ及び伸びを測定した。結果を表１〜３に示す。【００４６】
また２０℃においてＡｌ合金導電線の導電率を測定した。結果を表１〜３に示す。【００４７】
さらに、キャストバー及びワイヤロッドにおける割れの発生を目視にて観察した。結果を表１〜３に示す。【００４８】
Ａｌ合金導線線についての判定（評価）は以下の基準に基づいて行った。
（１）引張強さが１４０ＭＰａ以上である
（２）伸びが１２％以上である
（３）導電率が５８％ＩＡＣＳ以上である
（４）キャストバー又はワイヤロッドにおける割れの発生が無い【００４９】
そして、上記（１）〜（４）の全ての基準を満たすＡｌ合金導電線は合格とし、表１〜３において「○」で示した。一方、上記（１）〜（４）の基準のうち１つでも満たさないＡｌ合金導電線は不合格とし、表１〜３において「×」で示した。ここで、引張強さを１４０ＭＰａ以上で合格としたのは、軟銅線と同等の引張強さ（約２１０ＭＰａ）を、断面積が１．５倍のＡｌ合金線で実現するための引張強さが、２１０ＭＰａ×２／３＝１４０ＭＰａであるからである。尚、Ａｌ合金導電線の断面積を軟銅線の断面積の１．５倍にしても、アルミニウムの密度は２．７ｇ／ｃｍ３であり、銅の密度は８．９ｇ／ｃｍ３であるため、Ａｌ合金導電線を軟銅線よりも軽量化することが可能である。
【表１】
2011071097.tif 000003
【表２】
2011071097.tif 000004
【表３】
2011071097.tif 000005
表１〜３に示す結果より、本発明の要件を満たす実施例１〜４２は、上記（１）〜（４）の全ての基準を満たした。従って、判定は合格であった。一方、本発明の要件を満たさない比較例１〜１３は、上記（１）〜（４）の基準のうちの少なくとも１つを満たすことができなかった。従って、判定は不合格であった。【００５０】
以上のことから、本発明の送電体によれば、高い導電性を有しながら引張強さと伸びとを両立させることができ且つ、割れの発生による導通不良を十分に防止できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の送電体は、高い導電性を有しながら引張強さと伸びとを両立させることができ且つ割れの発生による導通不良を十分に防止できるので、ワイヤハーネスやバッテリーケーブル等として用いることが可能である。
【符号の説明】
【００５２】
２…絶縁被覆層
３…被覆電線（送電体）
４…Ａｌ合金導電線
１０…送電体
１２…キャストバー
１３…ワイヤロッド
１６…伸線体
【図１】
2011071097.tif 000006
【図２】
2011071097.tif 000007
【国際調査報告】
2011071097.tif 000008
2011071097.tif 000009
2011071097.tif 000010
2011071097.tif 000011